Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений Молотов И.Е., Агапов В.М., Куприянов В.В., Титенко В.В., Хуторовский З.Н., Гусева И.С., Румянцев В.В., Бирюков В.В., Литвиненко Е.А., Борисов Г.В., Суханов С.А., Бурцев Ю.В., Корниенко Г.И., Бахтигараев Н.С., Русаков О.П., Щелков П.О., Ерофеева А.В., Круглый Ю.Н., Иващенко Ю.Н., Борисова Н.Н., Ирсмамбетова Т.Р., Сальес Р. Гребецкая О.Н., Выхристенко А.М., Алиев А., Миникулов Н.Х., Гулямов М.И., Инасаридзе Р.Я., Ибрагимов М.А., Ерофеев Д.В., Лоскутников В.С., Ерофеев А.Д., Губин Е.Г., Дорохов Н.И., Цыбизов О.Ю., Лих Ю.С., Чекалин О.Н., Рыбак А.Л., Абдуллоев С.Х., Ермаков Б. К., Юрков В.В., Матреницкий Д.В., Семенчук С.А. "Известия ГАО РАН" В 2004-2008 гг. была создана глобальная сеть оптических телескопов НСОИ АФН, перекрывающая все долготы вокруг земного шара. В состав сети входят 10 обсерваторий и наблюдательных пунктов, и еще с 14 осуществляется сотрудничество или проводятся подготовительные работы. С целью их переоснащения изготовлено 16 оптических инструментов апертурой от 12,5 до 80 см и приобретено 26 современных ПЗС-камер. Основной задачей сети сейчас является наблюдение космических объектов техногенного происхождения. Впервые в отечественной истории измерения по объектам космического мусора получаются вдоль всей геостационарной орбиты. Полученные результаты накапливаются и обобщаются в Баллистическом центре ИПМ им. М.В. Келдыша РАН и открыты для научного анализа - уже собрано порядка 800000 измерений по почти 2000 высокоорбитальным объектам, включая около 700 новых объектов, открытых средствами НСОИ АФН. Получено подтверждение существования уникальных объектов с таким большим отношением площади к массе, что влияние светового давления приводит к существенной эволюции их орбит и делает невозможным прогноз эфемерид дольше, чем на несколько ночей. Количество обнаруженных объектов так велико, что требуется пересмотр существующих моделей динамического распределения космического мусора в околоземном пространстве. C 2007 г. проводятся кампании по фотометрическим наблюдениям сближающихся с Землей астероидов. Планируется, что с 2009 г. такие работы станут систематическими. Введение В 90-х гг. началось значительное отставание России в области исследований околоземного пространства. Ранее имевшаяся сеть оптических станций оказалась разрозненной (лучшие инструменты теперь были за границей и многие из них пришли в упадок), а оборудование оставшихся телескопов устарело, и продолжение наблюдений без их модернизации было невозможным. Практически не велись регулярные наблюдения за опасными околоземными астероидами. До минимального, критического уровня упал поток информации об орбитальных космических объектах, при котором невозможно обеспечивать безопасность космических полетов, контролировать тенденции эволюции популяции космического мусора, разрабатывать меры по снижению засоренности космического пространства. В России не имелось открытого каталога орбитальных космических объектов, доступного ученым, а также не было официального центра сбора и обработки немногочисленных российских измерений по астероидам и космическому мусору. В первую очередь тяжелое состояние отечественной наблюдательной базы вызвано фактическим отсутствием современных матричных фотоприемников. Данная негативная ситуация явилась предпосылкой для начала работ по созданию Пулковской кооперации оптических наблюдателей (ПулКОН) [1]. Формальной точкой отсчета проекта ПулКОН является конец 2004 г., но кооперация проекта начала складываться еще в 2001 году, когда на 10 см телескопе АКД в Пулково прошли первые отечественные ПЗС-наблюдения геостационарных объектов в поддержку российско-украинских экспериментов по РСДБ-локации космического мусора [2]. В период 2001-2003 гг. в рамках гранта ИНТАС 2001-0669 проводилась оценка состояния всех телескопов бывшего СССР. В 2003-2004 гг. ИПМ им. М.В.Келдыша и ГАО РАН организовали пробные кампании по наблюдению космических объектов в области геостационарной орбиты (ГСО) с участием нескольких обсерваторий. В ходе экспериментов был получен первый опыт координации наблюдений на долготно разнесенных наблюдательных пунктах, отлажена процедура обработки получаемых ПЗС-кадров, сформулированы требования к необходимому оборудованию. Впервые в мире была отработана методика обнаружения и последующего сопровождения малоразмерных фрагментов космического мусора с блеском от 15m до 19m (некоторые из обнаруженных фрагментов сопровождаются до сих пор) [3]. Это позволило заложить основы будущей кооперации и получить гранты ИНТАС (03-70-567, ГАО РАН) и Миннауки (09.255.52/053, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН) на переоснащение 8 телескопов современными ПЗС-камерами (МТМ-500 в Кисловодске, ЗТШ и АТ-64 в Научном, Цейсс-600 на Майданаке, двойные астрографы Цейсса в Уссурийске и Абастуманин, АЗТ-8 в Чугуеве, строящийся РК-600 в Маяках). Работы проводились под эгидой Экспертной рабочей группы по проблеме "космического мусора", созданной при Совете по космосу распоряжением Президиума Российской академии наук. В конце 2004 г. было налажено сотрудничество с европейскими партнёрами - Астрономическим институтом Университета Берна - AIUB (обсерватория Циммервальд), Европейским центром космических операций - ESOC (обсерватория на о. Тенерифе) [4], начали восстанавливаться связи с другими обсерваториями стран СНГ. С 2005 г. пошли регулярные наблюдения космических объектов, координируемые созданным Центром сбора и обработки информации по космическому мусору при Баллистическом центре ИМП им. Келдыша РАН. После нескольких этапов модернизации, выполненных в т.ч. при поддержке ОАО МАК "Вымпел" и ЦНИИМАШ, сформировалась Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений (НСОИ АФН - International Space Observation Network, ISON [5]). 1. Работы по созданию НСОИ АФН Согласно первоначальным планам, описанным в поданных заявках на гранты, предполагалось, что создаваемая кооперация телескопов будет работать в интересах решения широкого спектра научных и прикладных задач, включая исследования астероидов, гамма-всплесков и объектов "космического мусора". Наблюдения астероидов должны были координироваться ГАО РАН, гамма-всплесков - ИКИ РАН, космического мусора - ИПМ им. Келдыша РАН и ГАО РАН. Поскольку именно в проекте ПулКОН в России стали впервые массово применяться ПЗС-камеры, то это потребовало разработки оригинального методического, аппаратурного и программного обеспечения. На первом этапе, предполагалось, что решение возникающих технических вопросов будет обеспечиваться НИИ "КрАО", и крымские специалисты успели провести подготовительные работы в обсерваториях Майданак (АИ им. Улугбека АН РУз) и Уссурийск (УАФО ДВО РАН), но затем группа технической и программной поддержки Сети была сформирована в ГАО РАН. Первые наблюдения космических объектов в Пулково (на телескопе АКД) и Уссурийске (а в последующем и в Тарихе) обрабатывались программным пакетом ГЕОС (ГАО РАН), а в Научном-1 (НИИ "КрАО"). - собственными программами. В дальнейшем, в ГАО РАН был разработан универсальный программный комплекс Апекс-II [6], используемый сейчас более чем в 20 обсерваториях, а для управления ПЗС-камерами был создан программный модуль CameraControl. Первые ПЗС-камеры были установлены на ЗТШ в Научном-1 (FLI IMG1001E), ЗА-320 в Пулково (FLI IMG1001E), Цейсс-600 на Майданаке (FLI IMG1001E), РК-600 в Маяках (FLI IMG1001E), двойном астрографе Цейсса в Уссурийске (FLI IMG6303E), двойном астрографе Цейсса в Абастумани (FLI IMG6303E), двойном астрографе Цейсса в Китабе (FLI IMG1001E), АЗТ-8 в Чугуеве (FLI IMG47-10). Поскольку координация исследований астероидов в разных обсерваториях Сети на тот момент так и не началась, а для изучения послесвечения гамма-всплесков привлекался главным образом ЗТШ, то основной задачей Сети стали наблюдения ГСО-объектов. С целью привязки времени измерений в Пулково было разработано устройство для синхронизации наблюдений со службой точного времени GPS на базе модуля Trimble Resolution T (к настоящему моменту изготовлено более 30 таких устройств) и соответствующий управляющий программный модуль AccuTime. Для координации наблюдений были сформированы группа планирования наблюдений, сбора и обработки измерений (ИПМ им. Келдыша РАН, КМЗ им. Зверева, ОАО "МАК "Вымпел") и группа ведения динамического архива космических объектов и анализа динамики популяции объектов космического мусора (ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, ГАО РАН). После начала регулярных наблюдений стало очевидным, что устаревшие неавтоматизированные телескопы с небольшими полями зрения и недостаточным проницанием мало подходят для наблюдений даже таких медленных объектов, как геостационарные. Поэтому были образованы группа планирования работ по развитию Сети (ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, ОАО "МАК "Вымпел") и группа производства оптических телескопов и автоматизированных монтировок. Для каждой обсерватории Сети ежегодно формируется план поэтапной модернизации. Работа проводится в трех основных направлениях - изготовление принципиально новых телескопов с большими и сверхбольшими полями зрения и соответствующих автоматизированных монтировок к ним, увеличение поля зрения существующих телескопов - путем установки линзовых корректоров и ПЗС-камер новой серии с большой площадью фотоприемной матрицы, автоматизация монтировок старых телескопов. Кроме того, одновременно решалась задача перекрытия всех долгот, чтобы иметь возможность наблюдать ГСО в целом - была возобновлена регулярная работа бывшей боливийской экспедиции ГАО РАН в Тарихе (сейчас Боливийская национальная обсерватория) и бывшей Благовещенской широтной станции, развернуты новые наблюдательные пункты в Мильково на Камчатке и Тирасполе в Приднестровье. Наблюдатели всех новых обсерваторий Сети проходят переобучение и стажировку в Пулково или Уссурийске. Экспедиции ГАО РАН побывали в каждой обсерватории с целью установки аппаратуры, тренировки наблюдателей и организации тестовых наблюдений. Трижды, в 2005, 2006 и 2007 гг., были организованы общие встречи участников проекта для обмена опытом и обсуждения первоочередных планов работ. Созданы специальные веб-ресурсы - "Сайт инициативных астрономических проектов ПулКОН и LFVN" (www.lfvn.astronomer.ru), для освещения новостей проекта, описания обсерваторий и используемого оборудования, а также, посредством форума, общения участников проекта и сообщений об отработанных ночах в каждой обсерватории, и сайт для централизованной загрузки регулярно обновляемого программного обеспечения (http://apex.lna.gao.len.su/, текущие версии AccuTime 2.0.4, CameraControl 3.7.2.542 и Apex 2.3.0). Было разработано несколько типов светосильных телескопов для проведения быстрых обзоров небесной сферы - апертурой 22 см (RST-220 и ORI-22) с полем зрения 5,5°, 25 см (GAS-250) с полем зрения 3,9° (см. рис. 1.), 50 см VT-40/500 с полем зрения 2,5° (см. рис. 2), 125 мм VT-53e с полем зрения 15° (поля зрения приведены при работе с ПЗС-матрицей размером 50х50 мм) и автоматизированных монтировок к ним - WS-240GT (нагрузочная способность до 80 кг) и WS-300 (нагрузочная способность до 150 кг).    Рис 1. Телескоп ORI-22 апертурой 22 см и полем зрения 5,5° в Мильково, Камчатка на автоматической монтировке EQ6Pro (слева), телескоп GAS-250 апертурой 25 см и полем зрения 3,9° с турелью и фильтрами BVRI в Уссурийске на монтировке Кудэ-рефрактора (справа).    Рис. 2. Телескоп VT-40/500 апертурой 50 см и полем зрения 2,5° в Уссурийске на монтировке WS-300 (слева), объектив VT-53e апертурой 125 мм и полем зрения 15° в Уссурийске. К настоящему моменту произведено и установлено на пункты 4 телескопа RST-220 (Научный-1, Пулково, Тирасполь, Научный-2), 5 телескопов ORI-22 (Китаб, Уссурийск, Абастумани, Мильково, Благовещенск), 1 телескоп GAS-250 (Уссурийск), 1 телескоп VT-40/500 (Уссурийск), два объектива VT-53e (Уссурийск и Научный-2). В производстве находятся 2 телескопа ORI-22, 4 телескопа GAS-250, 2 телескопа VT-40/400 и 2 объектива VT-53e. (Телескоп GAS-250 отличается от модели ORI-22 несколько меньшим полем зрения, но величина заднего отрезка позволяет установить турель с фильтрами). Изготовлены 1 монтировка WS-300 (Уссурийск), две монтировки WS-240GT (Тирасполь, Красноярск), приобретено 7 монтировок EQ6Pro (Тирасполь, Мильково, Уссурийск, Благовещенск, Китаб, Пулково), и еще 2 монтировки WS-240GT находятся в производстве. Для управления монтировками был разработан программный модуль CHAOS. Использование широкопольных зеркально-линзовых телескопов привело к новому качеству решения задачи слежения за высокоорбитальным космическим мусором - в Научном-1 (НИИ "КрАО") на RST-220 был отработан метод проведения обзоров области ГСО в широкой полосе с обнаружением всех космических объектов в зоне обзора, имеющих угловую скорость в заданном диапазоне, с вероятностью близкой к 100% (до 500 объектов и 4000 измерений за ночь на одном телескопе). В рамках выполнения планов модернизации обсерваторий было приобретено 16 ПЗС-камер новых серий ProLine и MicroLine - с охлаждением до -65С, высокой скоростью считывания кадров и размером фотоприемной матрицы 36х36 мм и 50х50 мм. Новые ПЗС-камеры были установлены на RST-220 в Пулково (PL09000-90), АЗТ-8 в Гиссаре (PL1001E), ЗТШ в Научном-1 (PL1001E), AT-64 в Научном-1 (PL16803-90), SRT-220 в Научном-1 (ML09000-65), SRT-220 в Тирасполе (PL09000), ORI-22 в Китабе (PL4301E), ORI-22 в Уссурийске (PL09000), ORI-22 в Абастумани (PL09000), ORI-22 в Мильково (PL09000), SRT-220 в Научном-2 (PL16803-90), VT-40/500 в Уссурийске (PL09000), VT-53e в Уссурийске (PL4301E), Цейсс-1000 в Симеизе (PL09000). Еще две камеры будут установлены на РК-800 в Маяках (ML09000-65) и ORI-22 в Тарихе. Географическое расположение обсерваторий и наблюдательных пунктов Сети показано на рис. 3, а перечень телескопов, участвующих в наблюдениях НСОИ АФН приведен в Таблице 1. Рис. 3. Географическое расположение обсерваторий НСОИ АФН. Таблица 1. Характеристики телескопов, участвующих в наблюдениях НСОИ АФН. Название пункта Название телескопа ПЗС-матрица, пиксель Поле зрения m, 5 с Автоматизация Кол-во ночей наблюдений Кол-во измерений 2007 2008 2007 2008 Пулково RST-220 3к x 3к,12 4° 14 есть 33 31 9485 20109 Научный-1 ЗТШ, 260 1к x 1к, 24 8,4’ 20 будет 21 24 7127 17338 AT-64, 64 4к x 4к, 9 2,3° 17 есть 122 111 12840 60813 RST-220 3к x 3к, 12 4° 15 есть 78 87 41880 89273 Симеиз Цейсс1000 1к x 1к, 24 12.8’ 18 есть 17 9 3965 3589 Цейсс-600 1к x 1к, 24 30’ 17 будет модернизируется Научный-2 RST-220 4к x 4к, 9 4° 15 нет 0 102 0 36509 Тирасполь RST-220 3к x 3к, 12 4° 14 есть 55 75 13081 16987 K-360 3к x 3к, 12 1° 15 будет изготавливается Маяки РК-800 3к x 3к, 12 1° 17 будет первые тесты РК-600 1к x 1к, 24 1.5° 16 будет 110 61 15309 6256 Андрушевка S-600 3к x 3к, 12 2° 16 есть пробные наблюдения Терскол Цейсс2000 2к x 2к, 24 15’ 20 будет   4   5193 K-800 3к x 3к, 12 1° 18 пульт первые тесты Абастумани АС-32 3к x 2к, 9 36.7’ 17 пульт 0 12 0 1612 ORI-22, 22 3к x 3к, 12 4° 15 пульт 87 30 12690 7925 Китаб ORI-40, 40 3к x 3к,12 2.2° 16 будет изготавливается ORI-22, 22 2к x 2к, 24 5.5° 15 пульт 203 184 38646 77789 VT-15e 2к x 2к, 24 15° 13 будет испытания в Научном-2 Гиссар AZT-8, 70 1к x 1к, 24 30’ 17 пульт 28 104 3195 31861 Красноярск ORI-40, 40 3к x 3к, 12 2.2° 16 будет изготавливается Кудэ-рефр 3к x 3к, 12 2° 14 пульт устанавливается Благовещенск ORI-22 1к x 1к, 24 2.6° 15 есть пробные наблюдения Уссурийск VT-40/500 2к x 2к, 24 2.5° 16 есть пробные наблюдения GAS-250 3к x 2к, 9 1° x 2° 15 пульт пробные наблюдения ORI-22 3к x 3к, 12 4° 15 есть 115 138 15875 32550 VT-15e 2к x 2к, 24 15° 13 есть пробные наблюдения Мильково ORI-22, 22 3к x 3к, 12 4° 15 есть 2 54 279 14193 Тариха Цейсс-600 3к x 3к, 12 45’ 17 будет планируется установка АФР-1 1к x 1к, 24 35’ 14 - 54 65 10419 12519 ORI-22, 22 3к x 3к, 12 4° 15 будет ремонтируется 2. Наблюдения космических объектов НСОИ АФН Изучение популяции космического мусора является относительно новым научным направлением, но его растущая актуальность привлекает внимание все большего числа специалистов и различных организаций, вплоть до ООН. В настоящее время имеется более 17000 каталогизированных объектов, из которых только несколько процентов являются работающими космическими аппаратами (КА), остальные, вместе с сотнями тысяч невидимых с Земли мелких фрагментов и частиц, составляют космический мусор. Количество выработавших ресурс спутников, ступеней ракет и операционных фрагментов, сопровождающих каждый запуск, стремительно увеличивается с каждым годом и достигло уровня, представляющего серьезную угрозу для функционирующих КА. Имеются области пространства с повышенной плотностью объектов, где регулярно случаются опасные сближения. Обеспечение стабильной работы КА уже невозможно без знания текущей космической обстановки, анализа источников и закономерностей эволюции космического мусора. Необходимо отслеживать отработавшие КА для прогноза времени и места их падения на Землю, крупные фрагменты на орбитах пилотируемых КА и станций для предотвращения столкновений, изучать популяцию мелких фрагментов с целью создания необходимой защиты КА и разработки мер по снижению засоренности околоземного космического пространства. Неконтролируемое техногенное загрязнение околоземного космического пространства способно привести к невозможности его использования уже в обозримом будущем - американские специалисты показали на модели, что после достижения определенной концентрации космического мусора может произойти цепная реакция взрывов космических объектов. Российская академия наук проводила исследования объектов искусственного происхождения на околоземных орбитах с момента запуска первого ИСЗ. Они были направлены преимущественно на наблюдения крупных высокоорбитальных объектов с целью изучения динамики неуправляемого движения нефункционирующих ступеней и космических аппаратов, отработки методов астрометрии и фотометрии и т.п. Однако систематических исследований по проблеме засорённости околоземного космического пространства ранее не выполнялось. В виду всё возрастающей важности проблемы космического мусора ИПМ им. Келдыша РАН по поручению Президиума РАН начинает курировать это научное направление и формулирует перед НСОИ АФН следующие основные цели: определение реальной населенности геостационарной и высокоэллиптических орбит; совершенствование используемых моделей движения; определение вероятных источников образования обнаруженных объектов; верификация существующих моделей распределения космического мусора; оценка опасности, которую представляют фрагменты для КА на высоких орбитах в настоящем и будущем. При этом решаются следующие задачи: обнаружение и длительное сопровождение как можно большего количества неизвестных до настоящего времени слабых (и, в первом приближении, малоразмерных) объектов на высоких орбитах; формирование "почти непрерывного" орбитального архива для наблюдаемых объектов; исследование баллистической эволюции обнаруженных новых объектов и её соответствия используемым моделям; изучение физических свойств наблюдаемых объектов; выявление и анализ возможных опасных ситуаций; анализ вероятных источников образования объектов, моделирование обстоятельств их образования; анализ фактического распределения управляемых и неуправляемых объектов в области ГСО; изучение особенностей движения активных КА, управляемых разными операторами, но размещёнными в окрестности одной и той же точки на ГСО; изучение особенностей запуска объектов, схем выведения и объектов, образующихся в процессе выведения и первоначального развёртывания КА. С целью повышения эффективности использования инструментов НСОИ АФН и увеличения объёмов получаемой информации было принято решение о выделении и развитии в составе Сети трёх подсистем: поисково-обзорной подсистемы для ярких не слабее 15,5m объектов в области ГСО; подсистемы обнаружения и сопровождения фрагментов космического мусора с блеском 16m-20m; подсистемы для наблюдения ярких (не слабее 15m звёздной величины) объектов на высокоэллиптических и низких орбитах. В поисково-обзорную подсистему НСОИ АФН входят девять 22 см телескопов RST-220 и ORI-22 с полем зрения 4° - в Пулково, Научном-1, Научном-2 (ГАИШ МГУ), Тирасполе, Абастумани, Китабе, Благовещенске, Уссурийске и Мильково. Она предназначена для проведения регулярных обзоров всей дуги ГСО по долготе (0°-360°) и наклонению (0°-20°). В наблюдениях подсистемы обнаружения и сопровождения малоразмерных фрагментов космического мусора участвуют телескопы апертурой от 50 см до 2,6 м, в первую очередь это АТ-64 и ЗТШ в Научном-1, АЗТ-8 в Гиссаре, РК-600 в Маяках, АС-32 в Абастумани, Цейсс-2000 на Терсколе и Цейсс-1000 в Симеизе, а также телескопы обсерваторий-партеров - АЗТ-33ИК в Мондах (ИСЗФ СО РАН), Цейсс-600 в Архызе (НИИ ПП), Цейсс-1000 на Тенерифе (ESOC) и ZIMLAT (AIUB). Подсистема для наблюдений высокоэллиптических и низкоорбитальных объектов находится на стадии формирования - в нее будут включены 4 объектива VT-15e и 10 телескопов GAS-250. Благодаря предпринятым мерам, производительность обсерваторий Сети увеличивается с каждым годом - на рис. 4 показано распределение количества измерений НСОИ АФН по годам, а в Таблице 1 приведены данные по каждому телескопу за 2007 и 2008 (10 месяцев). За 2 последних года количество измерений и проводок (серий измерений по одному объекту) НСОИ АФН увеличилось в 8 раз. В частности, с января по октябрь 2008 г. уже получено 430000 измерений в 45000 проводкам по почти 2000 космическим объектам. Важным показателем работы Сети является регулярность проведения наблюдений. Как видно из Таблицы 1, общее количество телескопо-ночей в 2007 г. составило 1059 (с учетом наблюдений Цейсс-600 на Майданаке), а за 10 месяцев 2008 г. - 1091. Более подробно статистика работы НСОИ АФН за 8 месяцев 2008 г. анализируется в Таблице 2. Видно, что после ввода в строй пункта Мильково космические объекты ежемесячно наблюдаются вдоль всей геостационарной орбиты. Также в течение всего рассматриваемого периода наблюдения проводятся практически каждую ночь. Всего за время работ по проекту Центром сбора и обработки информации по космическому мусору при Баллистическом центре ИМП им. Келдыша РАН собрано около 800000 измерений и из них 190000 - по малоразмерным фрагментам. Рис. 4. Количество тысяч измерений полученных НСОИ АФН по годам. Верхняя кривая - все измерения, нижняя - измерения по малоразмерным фрагментам. Таблица 2. Наблюдательная статистика НСОИ АФН за 8 месяцев 2008 г. Показатели Статистика НСОИ АФН за 2008 г. январь февраль март апрель май июнь июль август ночи с наблюдениями 30 28 31 29 31 30 31 31 проводки КО 7077 5212 4858 4838 4826 5294 3602 5185 сумма всех проводок (час) 1627 2402 872 899 925 908 552 1027 средняя длительность проводки (мин) 14 15 11 11 11 10 9 13 количество измерений 49053 39751 34391 42750 48880 55568 35717 55839 среднее число измерений в проводке 7 8 8 9 10 11 10 10 количество наблюдаемых объектов 1200 972 1008 1060 1064 1051 824 1073 длина дуги ГСО с измерениями по КО (град) 330 228 360 360 360 360 360 360 3. Полученные результаты Впервые в истории страны осуществляется регулярный просмотр всей приэкваториальной области ГСО на дуге 360°. Для зоны 31.5° з.д. - 90° в.д. осуществлён выход на режим регулярных (до 140 ночей в год) глобальных обзоров области ГСО в полосе шириной ±16° относительно экватора. В 2009 г. планируется выход на режим глобального обзора всей области ГСО. Открытие новых неизвестных объектов происходит в каждом обзоре. Построен архив орбитальной информации и событий (манёвров, разрушений и т.п.), определены физические характеристики объектов (блеск, отношение площади к массе), в котором сопровождается почти 2000 высокоорбитальных объектов. Этот архив будет использован в качестве основы для формирования уточнённой модели распределения и эволюции космического мусора в области ГСО, а впоследствии - и в области высокоэллиптических орбит. Обнаружено 700 новых объектов, отсутствующих в публично распространяемой орбитальной информации - 152 неизвестных крупных (с блеском сильнее 15m) геостационарных объектов и 120 неизвестных крупных объектов на высокоэллиптических орбитах, 434 малоразмерных (с блеском слабее 15m) фрагментов на ГСО и геопереходных орбитах. Т.о. благодаря деятельности НСОИ АФН популяция известных объектов в области ГСО увеличилась на 35%. Для избранного перечня космических объектов на основе наиболее точных измерений (ошибка измерений углового положения - 0.4"-0.8") построены высокоточные орбиты, позволяющие решать задачи поиска и детального анализа опасных сближений, выявления малых непрогнозируемых изменений орбиты, обусловленных неизвестными причинами, и т.п. Благодаря значительному количеству и высокому качеству измерений стало возможным решать задачи выявления "слабых" динамических событий в области высоких орбит. Например, обнаружены случаи необъявленного отделения операционных фрагментов в области ГСО (фрагменты китайского КА Фенъюнь-2Д, американских КА типа DSP и др.), в 2007 г. выявлены случаи внезапных изменений в орбитальном движении пассивных КА на ГСО (КА "Купон" 1997-070A, КА "Радуга" 1993-013A и др.), обусловленные дополнительным воздействием пока не установленной природы [7]. Накоплен значительный по объёму наблюдательный материал, достаточный для анализа особенностей удержания КА в орбитальной позиции при одновременном размещении в той же точке стояния КА других операторов. Впервые в мире совместно с европейскими коллегами сформирован банк данных по малоразмерным фрагментам космического мусора на высоких орбитах, отсутствующих в публичных источниках информации. Из них 192 фрагмента сопровождается на длительных, до 3-х лет, интервалах времени. При этом следует отметить, что они были обнаружены на разных типах орбит: как дрейфующих, так и либрационных. Это означает, что образование фрагментов осуществляется за счёт разных механизмов: для объектов на либрационных орбитах - это отделение с малой относительной скоростью от "родительского" объекта (возможные сценарии - низкоскоростное столкновение, разрушение внешних поверхностей при старении за счёт воздействия факторов окружающей среды или низкоскоростное отделение операционных фрагментов); для объектов на дрейфующих орбитах - это низкоскоростные отделения от объектов на орбитах захоронения (возможные сценарии: низкоскоростное столкновение, старение внешних поверхностей за счёт воздействия факторов окружающей среды) или высокоскоростные от любых объектов в области ГСО (возможный сценарий - разрушение КА). Подтверждено существование "облаков" фрагментов на ГСО, порожденных разрушением нескольких КА "Экран" и ступеней типа "Транстейдж". Впервые это сделано не на анализе "статистических" (на проход через поле зрения телескопа) наблюдений, а на основе длительного сопровождения отдельных составляющих "облаков". Получено независимое подтверждение существования нового класса объектов с таким большим отношением площади поперечного сечения к массе (ОПМ), что влияние светового давления приводит к существенной эволюции эксцентриситета и наклонения их орбит. Количество подобных объектов оказалось столь велико, что требуется пересмотр существующих моделей динамического распределения космического мусора в околоземном пространстве и оценок опасности для функционирующих КА [8]. Вариации ОПМ вследствие непрогнозируемого движения относительно центра масс приводят к большим ошибкам прогноза даже на коротких интервалах времени. При этом баллистическая эволюция объектов с большим ОПМ очень критична к наличию теневых участков, что в сочетании с переменностью величины отношения приводит к дополнительным неопределённостям в определении движения. Среди фрагментов с большим ОПМ открыт подкласс объектов, орбиты которых со временем пересекают траектории высокоэллиптических и низкоорбитальных КА. Также было обнаружено несколько объектов с большим ОПМ демонстрирующих периодическое невероятное увеличение видимого блеска до 9m-10m, что делает их сравнимым по яркости с самыми большими известными КА на ГСО. Впервые по объектам с большим ОПМ получено значительное количество данных на длительных интервалах времени, которое позволило выявить и проанализировать их наблюдательные и орбитальные особенности. Рисунки 5 - 10 ниже показывают - распределения объектов открытых НСОИ АФН по блеску, отношению площади к массе, некоторым орбитальным параметрам. Рис. 5. Распределение среднего блеска для 434 фрагментов. Можно заметить, что блеск большей части открытых фрагментов (рис. 5) находится в области 16m -18m. Эта картина отражает скорее текущие наблюдательные возможности НСОИ АФН, чем реальное распределение объектов в популяции. Более слабые объекты гораздо труднее открывать и отслеживать, особенно принимая во внимания большие вариации блеска многих из них. Для этой задачи требуются телескопы с апертурой 1,5 - 2,5 м, в то время как основные инструменты НСОИ АФН являются телескопами среднего класса с апертурой 60-70 см. Ожидается, что вовлечение в проект дополнительных крупных телескопов обсерваторий в Болгарии и Азербайджане сильно изменит картину распределения блеска малоразмерных фрагментов. Распределение величины ОПМ (рис. 6) построено только с учетом фрагментов, для которых удалось определить полный вектор состояния, т.е. и количество измерений и длина измерительной дуги была достаточной, чтобы оценить отношение площади к массе, как дополнительный параметр. Только 211 из 434 открытых фрагментов удовлетворяют этим критериям. Для других фрагментов измерительная дуга была слишком короткой. Природа объектов с отношением площади к массе большим 1 м2/кг пока еще не ясна. Основной гипотезой является предположение, что такие объекты формируются из кусков многослойного изоляционного покрытия (экранно-вакуумной теплоизоляции), которые отделяются от космического аппарата под воздействием окружающей среды (при этом отделяются куски с разным количеством слоев - отсюда такое разнообразие величин ОПМ). Рис. 7 и 8 показывают распределение орбитальных параметров открытых фрагментов, для которых получен достоверный вектор состояния, но не было определено ОПМ. Область с объектами с большими значениями ОПМ отмечена на рисунке эллипсом. Рис. 6. Распределение отношения площади к массе для 211 фрагментов. Рис. 7. Распределение большой полуоси и эксцентриситета для 336 фрагментов. Рис. 8. Распределение высоты апогея и перигея для 336 фрагментов. Рис. 9. Распределение 1309 ГСО-объектов, находящихся на сопровождении Сети, включая 152 крупных и 192 малоразмерных объекта, открытых НСОИ АФН, по наклонению (вертикальная ось) и прямому восхождению (горизонтальная ось). Рис. 9 демонстрирует распределение по наклонению и прямому восхождению всех ГСО-объектов, которые отслеживаются НСОИ АФН. Интересно, что объекты, открытые НСОИ АФН имеют плоскости орбит сильно отличающиеся от объектов, орбиты которых официально выдаются американской системой контроля. Многие из этих объектов отождествляются с военными запусками США. Они в основном яркие и легко обнаруживаются даже любителями астрономии. Также на этом рисунке заметны сгущения фрагментов - облака, что позволяет предположить, что они произошли в результате нескольких разрушений космических объектов на ГСО. Рис. 10. Распределение 120 "новых" крупных объектов на высокоэллиптических орбитах, открытых НСОИ АФН, по наклонению (вертикальная ось) и периоду (горизонтальная ось). На рис. 10. приведены совсем свежие результаты - распределение недавно открытых объектов на различных высокоэллиптических орбитах, главным образом геопереходных и типа "Молния". Это яркие, и вероятно крупные, объекты, и их открытие является дополнительным подтверждением неполноты текущих данных систем контроля даже для крупных высокоэллиптических объектов. Предварительный анализ показывает, что большая часть "новых" объектов на высокоэллиптических орбитах ассоциируются с запусками из Куру (наклонение 4° - 8° градусов), мыса Канаверал и Сичан (наклонение 25° - 29°) на геопереходные орбиты. Другая группа объектов с наклонением близким к 63,4° связана с российскими американскими запусками на орбиты типа "Молния". Конечно, возможно, что некоторые из открытых высокоэллиптических объектов связаны с неизвестными взрывами верхних ступеней. Полученные в ходе исследований орбитальные данные по неизвестным геостационарным объектам с блеском ярче 15m ежегодно публикуются в сборнике "ESOC Classification of Geosynchronous Objects" (в последний выпуск [9] вошло уже 143 таких объекта). Результаты совместных с европейскими партнёрами наблюдений высокоорбитальных фрагментов публикуются в ежемесячном бюллетене ИПМ им. М.В.Келдыша РАН "High Geocentric Orbit Space Debris Circular". Заключение Деятельность проекта НСОИ АФН охватывает 22 обсерватории бывшего СССР и позволила коренным образом улучшить ситуацию с наблюдательной астрономией в странах СНГ. Возобновлена работа обсерваторий в Китабе, Благовещенске, Гиссаре, Абастумани, Тарихе, созданы новые пункты наблюдений в Тирасполе и Мильково, изготовлено 16 оптических телескопов, приобретено и установлено в обсерваториях 25 современных ПЗС-камер. За 4 года создана глобальная оптическая Сеть, превышающая по своим возможностям существующие системы контроля России и США в части наблюдений высокоорбитальных космических объектов. За счёт создания и развития проекта НСОИ АФН во взаимодействии с партнёрами Сети достигнут новый уровень качества исследований области ГСО - впервые получена полнота знаний о популяции ГСО-объектов с блеском до 16m. Обнаружение более 700 ранее неизвестных объектов показывает наличие существенных пробелов в современных знаниях о популяции космического мусора на высоких орбитах. Количество открываемых высокоорбитальных фрагментов растёт, поэтому исследования этой области пространства необходимо продолжать и расширять с целью выявления как можно большего числа потенциально опасных объектов, пересекающих орбиты функционирующих космических аппаратов. Отработан процесс обнаружения и устойчивого сопровождения значительного количества малоразмерных фрагментов на высоких орбитах. Впервые в мировой практике информация по высокоорбитальным малоразмерным объектам космического мусора регулярно публикуется и доступна исследователям. Сеть НСОИ АФН интенсивно развивается и в ближайшее время будет способна осуществлять контроль всех ярких объектов и на высокоэллиптических орбитах. Результаты работы Сети могут использоваться в международной деятельности по изучению проблемы космического мусора. В 2007 и 2008 гг. полученные результаты представлялись на сессиях Научно-технического подкомитета Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях. С 2007 г. в НСОИ АФН начата поддержка второго научного направления - исследований астероидов, сближающихся с Землей, при координирующей роли НИИ "Астрономическая обсерватория" Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина. В дополнение к поддержке традиционных наблюдений астероидов в Чугуеве и Симеизе начаты периодические фотометрические наблюдения на Майданаке и в Гиссаре [10]. А в попытке наблюдений астероида 2001 SN263 приняли участие большинство обсерваторий НСОИ АФН. Целями нового проекта являются исследование двойных АСЗ, определение координат полюса астероида и построение модели его формы, изучение влияния YORP эффекта на вращение астероида. В настоящий момент проводится доработка программного комплекса Апекс-II в части фотометрической редукции наблюдений и отработке методических аспектов с обсерваториями Сети. Литература Molotov I. Pulkovo cooperation of optical observers. Programme&Abstracts of Fourth European Conference on Space Debris, ESOC, Darmstadt, Germany, 18-20 April, ESA Publication Division, 2005, p.173 Агапов В.М., Бирюков В.В., Борисов Г.В., Гусева И.С., Девяткин А.В., Диденко А.В., Кизюн Л.Н., Львов В.Н., Молотов И.Е., Папушев П.Г., Румянцев В.В., Сочилина А.С., Сухов П.П., Юрасов В.С. Координированные оптические наблюдения околоземных космических объектов в поддержку сеансов РСДБ-локации. Тезисы докладов на всероссийской астрономической конференции ВАК-2004 "Горизонты Вселенной". Труды Государственного астрономического института им. П.К. Штенберга, т. 75, М., 2004, стр. 219 Вольвач А.Е., Румянцев В.В., Молотов И.Е., Сочилина А.С., Титенко В.В., Агапов В.М. и др. Исследования фрагментов космического мусора в геостационарной области. Космическая наука и технология, Т.12, N. 5/6, 2006, стр. 50-57. Agapov V., Dick J., Guseva I., Herridge P., Khutorovskiy Z., Molotov I. et al. Joint RAS/PIMS/AIUB GEO survey results. Proceedings of the Fourth European Conference on Space Debris, Darmstadt, Germany, 18-20 April, 2005 (ESA SR-587, August 2005), Editor: D. Danesy, ESA Publication Division, ESTEC, Netherlands, pp. 119-124. Molotov I., Agapov V., Titenko V., Khutorovsky Z., Burtsev, Yu. Guseva I. et al. International scientific optical network for space debris research, Advances in Space Research, Volume 41, Issue 7, 2008. p. 1022-1028. Kouprianov V. Distinguishing features of CCD astrometry of faint GEO objects. Advances in Space Research, Volume 41, Issue 7, 2008, p. 1029-1038. Agapov Vladimir, Molotov Igor, Titenko Vladimir. The ISON Inernational Observation Network - latest scientific ahievements and the future works. Abstracts of 37th COSPAR Scientific Assembly, July 13-20 2008, Montreal, Canada, PEDAS1-0004-08, 2008, 2 pages. Agapov Vladimir, Molotov Igor, Khutorovsky Zakhary, Titenko Vladimir. Analysis of the results of the 3 years observations of the GEO belt and HEO objects by the ISON Network. Proceedings of 59th International Astronautical Congress, Glasgow, Scotland, DVD ISSN 1995-6258,2008, AC-08-A6.1.02, 11 pages. Choc R., Jehn R. Classification of Geosynchronous Objects. Issue 10, ESOC, Ground Systems Engineering Department, Space Debris Office, Darmstadt, Germany, 2008. http://lfvn.astronomer.ru/report/0000028/index.htm Durech, J.; Vokrouhlick?, D.; Kaasalainen, M.; Weissman, P.; Lowry, S. C.; Beshore, E.; Higgins, D.; Krugly, Y. N.; Shevchenko, V. G.; Gaftonyuk, N. M.; Choi, Y.-J.; Kowalski, R. A.; Larson, S.; Warner, B. D.; Marshalkina, A. L.; Ibrahimov, M. A.; Molotov, I. E.; Micha?owski, T.; Kitazato, K. New photometric observations of asteroids (1862) Apollo and (25143) Itokawa - an analysis of YORP effect. Astronomy and Astrophysics, Volume 488, Issue 1, 2008, pp. 345-350. INTERNATIONAL SCIENTIFIC OPTICAL NETWORK Molotov I.E., Agapov V.M., Kouprianov V.V., Titenko V.V., Khutorovsky Z.N., Guseva I.S., Rumyantsev V.V., Biryukov V.V., Litvinenko E.A., Borisov G.V., Sukhanov S.A., Burtsev Yu.V., Kornienko G.I., Bakhtigaraev N.S.Rusakov O.P., Schelkov P.O., Erofeeva A.V., Krugly Yu.N., Ivaschenko Yu.N., Borisova N.N., Irsmambetova T.R., Zalles R., GrebetskayaO.N., Vikhristenko A.M., Aliev A., Minikulov N.H., Gulyamov M.I., Inasaridze R.Ya., Ibrahimov M.A., Erofeev D.V., Loskutnikov V.S., Erofeev A.D., Gubin E.G., Dorokhov N.I., Tsibizov O.Yu., Likh Yu.S., Chekalin O.N., Ryback A.L., Abdulloev S.H., Ermakov B.K., Yurkov V.V., Matrenitsky D.V., Semenchuk S.A. The ISON international scientific observation network developed in the last few years have demonstrated capability to produce significant amount of high quality and often unique results in the field of space surveillance of high altitude (though mainly GEO for a while) orbits population of artificial objects. The ISON now is capable to observe whole GEO ring thanks to worldwide distribution participating facilities. 16 new telescopes with large FOV automated mounts were produced, 25 modern CCD cameras were purchased for reequipping of ISON observatories that allowed to greatly improving the ISON performances. About 800000 measurements about almost 2000 space objects were received at Center on collection, processing and analysis of information on space debris (CCPAISD) of the Keldysh Institute of Applied Mathematics up to now, and about 430000 from its during 10 months of 2008. During the last 4 years of the work 152 bright (9th - 15th magnitude) and 434 faint (fainter than 15th magnitude) earlier unknown objects are discovered, including ones having high area-to-mass ratio (AMR). Thus population of continuously tracked objects in GEO region is increased more than 35 per cent comparing to the available public sources of space surveillance data. New discovery of 15th-16th magnitude uncorrelated short tracks continues to happen in every GEO survey. Specially developed algorithm permits to find correlation between such tracks spaced by days, weeks and even months that in turn results in discovery of new objects with well established orbits. In addition, the ISON have obtained the large amount of data for almost all previously known GEO objects. Fragments in GEO region are discovered on different types of orbits both drifting and librating. That means there are different GEO debris creation processes involved into the generation of the fragments. In some cases definitive conclusion on the origin of discovered object is made. All collected data for the first time in the public domain represents deterministic picture of the bright part of the whole GEO population with the high level of completeness. Besides discovering and tracking of objects the analysis of orbital behavior based on gathered measurements is carrying out. As a result, unexpected changes in orbital motion of old GEO objects are revealed ("KUPON" 1997-070A, "RADUGA" 1993-013A and other). Cause of those changes is not yet understood but in any case they cannot be explained by natural forces like gravity or solar radiation pressure. In addition, independent study of maneuvering GEO objects orbital motion is performed. Results are compared with other sources of orbital information from the point of view of quality and reliability. The studying of the objects on HEO orbits of various classes (GTO, "Molniya" etc. ) was started recently. About 120 new objects were discovered. New fields of research have started with the ISON in last time - photometry observations of NEA. Размещено 10 ноября 2008 При перепечатке наличие гипертекстовой ссылки на сайт "ПулКОН" и "Низкочастотная РСДБ-сеть" обязательно.